우리 랩이 연구하는 다양한 학문 분야에 대한 설명(1)

발생학, 유전학, 면역학, 해부학, 조직학, 생명정보학, 세포생물학, 생화학 등.
어떤 랩이든, 그 랩이 주력으로 삼고 있는 학문 분야가 있습니다.

학문 분야는 어디까지나 어떠한 학문 체계를 이해하는 하나의 틀일 뿐이고,
실질적으로 연구를 하는 것은 그 안에서도 훨씬 더 작은 부분을 하게 됩니다.

그렇기 때문에 그 작은 부분을 연구하기 위해서 다양한 형태의 깊이 있는 학문의 수준을
실험적으로나 백그라운드적으로나 여러분들이 익혀야 됩니다.

가장 쉬운 예시로 로저랜드 프랭클린과 클리앤 왓슨이 진행한 DNA를 생각할 수 있습니다.

이들이 ‘DNA의 구조가 더블 헬릭스 구조다’라는 것을 최초로 발견을 했다는 사실로
노벨상을 받게 되었지만, 실질적으로 이러한 DNA라는 구조를 밝히기 위해서
단순히 DNA만 공부한 것은 전혀 아닙니다.

그전에 필요한 다양한 세포 분자생물학에서 또는 더 엄밀하게는 분자생물학 레벨에서
DNA를 어떻게 결정화시키는지, 그 결정을 통해서 엑스레이 분광에 관한 다양한 물리적인 내용들,
생물리적인 내용들을 복합적으로 이해를 하고, 생화학적인 지식들을 이용을 해서
궁극적으로 DNA 구조라는 것을 알게 되었죠.

다시 말해서, DNA 구조라는 연구를 하기 위해서 가장 가까운 학문을 가령 생화학이라고 표현한다면
단순히 생화학만을 해서는 절대 높은 수준의 연구를 할 수가 없습니다.

여러 연구 분야가 통합될 때 새로운 발견을 할 수 있다

사실상 우리 주변에 있는 다양한 연구 분야도 마찬가지입니다.

예컨대, 처음에는 신경과학의 매력을 느껴서 실험을 진행을 하지만
실질적으로 신경과학에 들어가는 다양한 실험적인 내용들은 다분히 분자생물학이 될 수 있죠.

또는 세포생물학이거나 조직학이거나 또는 생명정보학이라거나 유전학 등 이렇게 다양한 형태의
학문들이 있기 때문에 잘 이해하고 있지 않으면 어려움이 생길 수 있습니다.

본인 전공 외적인 부분을 왜 공부해야 되는지 모르겠는 경우도 많고,
의외로 생물학 또는 특정 분야에 내가 매력을 느꼈지만 그 매력에 다른 부분을 공부해야 된다라는
사실을 알고 힘들어하는 경우들이 많습니다.

하지만 궁극적으로 과학의 본질은,
특히나 연구의 본질은 세상에 모르는 지식을 만들어내는 것입니다.

그리고 그 만들어내는 과정에서 내가 하고 있는 분야도 중요하지만,
하나의 커팅 엣지 필드(cutting edge field)를 만들기 위해 다른 분야에서 이용된 것들을
다수 취득해서, 결국은 하나의 분야에 모르는 부분을 알게 됩니다.

왜냐하면 내 분야에서는 몰랐던 실험들을 이용을 해서 내 분야를 밝힐 수도 있기 때문이죠.

그렇기 때문에 여러분들이 실질적으로 하고 있는 다양한 프로젝트들, somatic 모자이시즘이라든지,
발생학이라든지 또는 올가노 제네시스라든지 또는 Next generation sequencing analysis 등이
통괄적으로 합쳐지면서 결국 여러분들이 잘하는 분야의 연구에 새로운 지식을 만들어내게 됩니다.

제가 속한 Lab에서 주력하고 있는 학문분야는 크게 5가지 정도로 이야기할 수 있을 것 같습니다.

제일 크게는 유전학, 두 번째는 발생학적인 부분, 세 번째는 해부학, 네 번째는 넥스트 제너레이션
시퀀싱으로 통합되는 세포 생물학 또는 분자생물학 정도가 될 것 같네요.

마지막으로 생명정보학이라고 하는 Bioinformatic 부분 이렇게 총 5가지의 학문 분야에 대해
주로 연구하고 있습니다.

1. 해부학

기본적으로 우리 실험실에 하는 내용들은 프로젝트의 발전 단계랑
메인 스트레터지(main strategy), 코어 스터디를 하면서 좀 더 깊게 다루게 되지만,

큰 틀에서 보면, 어떤 특정한 조직에서 DNA를 뽑아 DNA에 있는 소마틱 베리언트를 이용하여
소마틱 베리언트를 역으로 리컨스트럭션(reconstruction)해서
세포가 어떻게 만들어졌는지를 알아내는 과정입니다.

그리고 그 과정을 통해서 인간의 몸이 얼마큼 모자이시즘을 만들어내고 있는지를 관찰하는 것이
우리 연구실의 메인 스트레터지라고 할 수 있습니다.

그렇기 때문에 첫 번째, 어떠한 조직을 얻느냐
이러한 조직이 어떻게 만들어지는 것들에 대한 학문 체계를 배울 필요가 있겠죠.

하여, 해부학이 굉장히 중요하게 다루어집니다.

해부학은 사람이라는 온몸을 다루어야 되기 때문에 포스트 몰텐,
즉 돌아가신 분의 시신에서 직접 세포를 얻거나 또는 죽은 동물에서 세포를 얻게 됩니다.

그래서 이러한 해부학적인 접근은 굉장히 중요합니다.

실질적으로 여러분들이 추후에 교원, 특히나 교수가 된다거나 또는 해부학적인 드라이브를 통해서
누군가를 가르쳐줄 수 있는 경우에는 굉장히 큰 부가가치를 가지게 됩니다.

해부학이라는 것은 궁극적으로 전국에서 의과대학 내에서 밖에 배우지 못하고,
의과대학 내에서도 시신을 다룰 수 있는 특수한 환경에만 해부학을 배울 수 있기 때문에
해부학을 제대로 할 수 있고, 누군가를 가르칠 수 있다면 전국에 있는 의과대학에서
해부학 요원으로 혹은 교수 요원으로서 수요는 굉장히 높겠지요.

그렇기 때문에 해부학이라는 학문을 통해서 어떠한 조직 안에서
내가 어떻게 다이섹션(dissection) 해내야 되는지를 익혀야 됩니다.

해부학은 크게 ‘육안 해부학’, 말 그대로 사람이 돌아가시고 난 이후에
몸의 각각의 구조들에 대해서 배우게 됩니다.

예컨대 손이라면 엄지 손가락에 있는 뼈와 근육들, 복강 내에 있는 여러 가지 ‘internal organ’이라고
할 수 있는 위(stomach)라든지 아니면 간(liver)이라든지,
각각의 organ들을 specific 하게 공부를 합니다.

일반적으로 해부학은 의대생과 의사에게 굉장히 필요하다고 알려져 있는데
많은 Ph.D. 라든지 전공자들이 학문을 깊이 공부를 하고,
결국은 biopsy를 해내기 위해서는 특정 organ에 대한 굉장히 깊은 이해가 필요합니다.

그렇기 때문에 이런 관점에서 해부학을 잘 아는 것이 중요합니다.

2. 조직학 or 미세 해부학

학문 해부학을 앞서 ‘육안 해부학’이라고 이야기를 했는데,
이 ‘육안 해부학’은 ‘맨눈 해부학’이라고도 합니다.

맨눈으로 보면서 하나의 biopsy를 해내는 과정이라고 한다면,

해부학 안에서 두 번째 학문인 ‘조직학’ 또는 ‘미세 해부학’이라고 하는 영역이 있습니다.

통상적으로 ‘미세 해부학’은 현미경을 이용해서 조직의 세포를 관찰을 하고,
그 관찰된 조직을 통해서 이것이 정상인지 아니면 질병을 가지고 있는지 파악합니다.

질병을 가지고 있다면 통상적으로 병리학(pathology)라고 이야기를 하며
병변을 가지고 있지 않은 정상 구조라고 하면 ‘조직학’ 또는 ‘미세 해부학’이라고 이야기를 합니다.

이러한 조직학적인 부분을 알아야 되는 이유는 ‘육안 해부학’과 같습니다.

궁극적으로 우리가 탐구하고자 하는 것은

1. 특정 organ에서 조직들이 어떠한 기능적인 형태로 분화가 되었고,|
2. 기능적으로 분화된 세포가 기존에 있었던 세포들의 lineage가 동일한가 또는 동일하지 않은가를
증명해 내기 위해서 조직학적인 수준에서 세포들이 어떻게 자리 잡고 있는지를
명확하게 알고자 하는 것입니다.

그리고 조직학을 알아야 궁극적으로 기능을 할 수 있는 것들이
어떻게 구조적으로 만들어져 있는지를파악할 수 있습니다.

그렇기 때문에 해부학 안에서 ‘맨눈 해부학’ 또는 ‘그로스 아나토미’, ‘미세 해부학’ 또는 ‘조직학,
히스톨로지’를 공부를 하게 됩니다.

이 부분은 실제로 추후에 교원으로 갈 때도 중요하지만 프로젝트를 진행하는 데도
상당히 중요한 맥락을 가지고 있다고 생각을 하면 좋겠습니다.

해부학과 미세 해부학을 가지고 있는 여러 가지 실험적인 방법을 통해서
우리는 조직을 적출하게 돼요.

그래서 통상적으로 나이프 또는 메스 스카패를 이용해서 조직을 걷어내기도 하고 또는
미세 조직을 얻기 위해서 histology라고 하는 procedure를 통해서 파라핀이나 Cryotome (Frozen Section)이라는 
method를 통해서 얼리거나 하는 방법으로 현미경을 통하여 조직을 얻어내기도 합니다.

그리하여, 우리는 특정한 조직들을 얻을 수 있게 되지요.

3. 세포 생물학 or 분자 생물학

그리고 그 조직을 얻어서 우리가 다양한 형태의 molecular 한 signature를 관찰을 하게 됩니다.

이 과정을 ‘세포 생물학’ 또는 ‘분자 생물학’이라고 이야기를 합니다.

‘세포 생물학’과 ‘분자 생물학’은 약간은 좀 다르지만 큰 맥락에서 세포생물학 또는
분자생물학 영역으로 이야기를 하도록 하겠습니다.

우리는 세포들을 하나하나씩 키워 나가게 됩니다.

그래서 우리가 특정 세포 fibroblast를 키운다 또는 adipose tissue를 키운다,
관절에 있는 chondrocyte를 키운다 또는 외피 세포로 키운다 이러한 형태로 세포를
다양한 환경에 넣어서 in vitro에서 그리고 organoid를 통해서 키우는 대부분의 과정을
 ‘세포 생물학’이라고 이야기를 합니다.

그 과정에서 우리는 목적 자체가 더 좋은 DNA나 더 좋은 epigenetic이나
더 좋은 transcription 하는 것들, 여러 가지 signature를 얻기 위해서 키우는 과정이기 때문에
통상적으로 기능을 하는 세포를 만들어내는
‘세포 생물학’이랑은 약간 좀 다르다고 볼 수가 있겠습니다.

하지만 어쨌든 우리는 초벌로 이러한 세포들을 다양하게 키우게 되고,
이러한 세포들을 키우는 방법, 이 세포를 이용해서 우리가 DNA를 얻어야 되는 이러한 아젠다 중에서
제일 중요한 것이 single cell로 클로너 익스펜저드 하는 것이 굉장히 중요합니다.

세포 생물학을 하면서 ‘분자 생물학’이라고 하는 molecular 레벨로 내려오게 됩니다.

그래서 molecular biology 안에서는 우리가 원하고자 하는 molecule을 얻게 됩니다.

이 과정에서 대부분을 차지하고 있는 것은 DNA고 그 DNA 안에서도 시퀀스를 알아내면
Whole genome sequencing, 그 DNA에서 epigenetic 한 여러 가지 chromatin 구조라든지
epigenetic profile을 얻게 됩니다.

그리고 이런 것을 얻은 이후에 통상적으로 이들의 서열을 알게 되는 과정을
Next generation sequencing이라고 이야기를 합니다.

Next generation sequencing은 DNA, RNA , Protein, 심지어 epigenetics까지
모든 서열을 통해서 어떠한 분자들과 어떠한 유전자가 발현되었는지 또는
어떠한 형태의 시퀀스를 가지고 있는지 reconstruction 하는 모든 과정에
‘분자 생물학’을 통합해서 이야기를 한다고 생각하면 될 것 같아요.

그래서 Next generation sequencing 도 다양한 계층과 다양한 형태의 실험들이 있기 때문에
이것을 하나의 분야라고 이야기하기는 좀 어렵지만,
분자 생물학 안에서 있는 하나의 도구라고 이해하면 될 것 같습니다.

그래서 이러한 Next generation sequencing에서 우리가 주로 많이 다루는 것은 DNA고,
그 DNA를 하나의 세포에서 얻는 Single cell Whole genome을 amplification 하는,
Whole genome amplification, 이 DNA를 그 과정에서 PTA라든지를 이용을 하여
세포를 키워서 in vitro에서 우리가 아플리피케이션에서 뽑아내는 DNA extraction,

그리고 그 DNA를 통해서 우리가 이런 분석을 해낼 수 있는 raw material를 하는 시퀀싱 과정,
어떠한 특정 DNA를 길게 뽑아내는 long-read sequencing 이러한 method들을
분자세포생물학에서 배우게 됩니다.

그리고 지금 굉장히 발전하고 있는 ‘분자 세포생물학’의 지식들을 많이 익혀서
그러한 지식들을 직접 셋업을 해내고, 새로운 것들을 알 수 있는 방법을 우리가 응용을 해서
훨씬 더 깊은 수준의 실험을 해내는 것들이대부분 Ph.D. 과정과 포닥 과정에서 진행되는 실험의 툴
이라고 생각을 하면 될 것 같습니다.

다음 시간에는 유전학, 생명정보학, 발생학에 대하여 이야기 나누겠습니다.